原创物联网中高稳定性继电器方案_电磁继电器

 2024-9-27 14:59  82 0 分类: 物联网

物联网系统中为什么要使用电磁继电器

物联网系统中使用电磁继电器的原因主要基于其独特的电气控制特性和在物联网场景中的广泛应用价值。以下是详细的原因分析：

电气控制特性

电磁原理实现控制：电磁继电器利用电磁铁产生的磁场来驱动触点的开闭，从而实现对电路的控制和保护。这种控制方式简单可靠，且响应速度快，非常适合物联网系统中对设备快速、准确的控制需求。
隔离功能：电磁继电器在输入部分和输出部分之间具有隔离功能，能够有效防止电路之间的相互影响和干扰，提高系统的稳定性和安全性。
负载能力强：电磁继电器能够控制较大功率的电路，满足物联网系统中对大功率设备控制的需求。

物联网场景应用价值

远程控制与管理：在物联网系统中，电磁继电器可以通过网络远程控制设备的开关状态，实现对设备的远程管理。这种功能在智能家居、工业自动化等领域具有广泛应用，能够极大地方便用户的使用和提高工作效率。
自动化控制：电磁继电器可以与传感器、微处理器等元件结合，实现自动化控制。在物联网系统中，通过预设的控制逻辑和算法，电磁继电器能够自动根据环境变化或设备状态调整电路状态，实现智能化控制。
安全保护：电磁继电器在电路中还具有安全保护的作用。当电路中出现过载、短路等异常情况时，电磁继电器能够迅速切断电源，保护设备和系统的安全。

适应性与灵活性

多种应用场景：电磁继电器适用于各种物联网场景，如智能家居、工业自动化、农业温室等。其广泛的应用范围使得物联网系统能够更加灵活地应对不同领域的需求。
易于集成：电磁继电器通常具有标准的接口和通信协议，易于与其他物联网设备或系统进行集成。这使得在物联网系统中部署电磁继电器变得简单快捷。

综上所述，物联网系统中使用电磁继电器的原因主要包括其电气控制特性、物联网场景应用价值以及适应性与灵活性等方面。这些因素共同使得电磁继电器成为物联网系统中不可或缺的重要组成部分。

本文会再为大家详解继电器家族中的一员——电磁继电器器。

继电器定义

继电器（英文名称：relay）是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。电磁继电器是最常用的继电器之一。

电磁式继电器结构及原理

结构如下：

如上图电磁继电器的由线圈、磁路、衔铁，反力弹簧和触点，各个部分的作用：

①衔铁&线圈：线圈通电产生电流->电流在线圈中产生磁场（使线圈具有磁性）->电磁铁吸附衔铁->衔铁动作导致触点变化

小电流-磁-机械-大电流”这样一个过程。

②反力弹簧的作用是为衔铁提供动作相反的斥力，当线圈断电时能够帮助触点复位。

电磁式继电器选型要素

1、触点类型

触点一般分类为（动合型）常开触点（NO,H），（动断型）常闭触点（NC,D），转换触点（CO，Z）

关于触点较为关键的参数为触点容量，这就要区分在工作电路中的负载是直流负载还是交流负载。

Plain Text
触点容量指触点的输出量，指触点允许的电流量，这关乎如何对继电器进行选型的关键参数，它和开关电压又有比较大的关联。

交流负载，无需计算负载容量。其由过零电压，无需考虑开关电压。

电流过零点是相对于交流而言，交流是一个正弦信号其大小方向不停变化，周而复始，例如对灯泡而言，火线经灯泡流向零线，并且是由小变大再变小，经过一个零点。下一时刻由零线经灯泡流向火线由小到大，再由大到小（反向增大）。在使用继电器时，开启或关断瞬间产生电弧，因为存在交流过零点，电弧无法长时间维持而熄灭。

直流负载，需要考虑开关电压，容量计算为（开关电压x开关电流），需要考虑开关电压。如图：

其需要计算开关电压是因为，带直流负载继电器导通和关断时会产生拉弧损耗。当触点断开瞬间后产生电弧，由于外加电压会导致电弧长期存在，因而电弧被拉长，不能自主熄灭，电弧产生的热量会导致触点严重烧毁。因此负载关断或导通瞬间根据负载不同一般会产生浪涌电流也称为冲击电流.

电压超过空气的耐受值使空气电离成导体也就是电弧.

2、负载类型

负载类型	影响
阻性负载	阻性负载一般具有加热功能（阻性负载波形比较稳定，选型时只要不超过继电器的额定负载就行）
感性负载	（电脑、电视）容性负载接通电源是会产生较大的浪涌电流，断开时回路会产生一个较高的反向电压，依靠继电器触点燃弧消耗能量，使触点的燃烧加剧，容易发生粘连。因此选型时建议工作稳定电流不超过继电器额定负载的30%
电机负载	电机负载启动瞬间有较大的浪涌电流（一般是稳态电流的3-5倍，且浪涌电流持续的时间较长）堵转时负载电流变大，更容易发生粘连。选型时电机负载稳态电流不超过继电器额定负载的35% 在考虑工作电路的影响，还需要考虑控制部分，继电器线圈部分感性，继电器开关关断的瞬间，继电器内部的线圈电感会产生一个自感电动势，其需要短时间内释放能量，因此需要反浪涌吸收装置，对于未安装反向浪涌吸收装置的继电器，一般建议安装压敏电阻作为反浪涌保护器件。

在考虑工作电路的影响，还需要考虑控制部分，继电器线圈部分感性，继电器开关关断的瞬间，继电器内部的线圈电感会产生一个自感电动势，其需要短时间内释放能量，因此需要反浪涌吸收装置，对于未安装反向浪涌吸收装置的继电器，一般建议安装压敏电阻作为反浪涌保护器件。

防浪涌器件	连接方式
肖特基二极管	在输入两端并联上肖特基二极管，释放线圈上多余的能量（低功耗、超高速、反向恢复时间极短、正向压降小，适合做整流电路）
压敏电阻	主要用于在电路承受过压时进行电压钳位，吸收多余的电流以保护敏感器件。压敏电阻器称为"突波吸收器",有时也称为“电冲击（浪涌）抑制器（吸收器）

Plain Text
压敏电阻是一种限压型保护器件。利用压敏电阻的非线性特性，当过电压出现在压敏电阻的两极间，压敏电阻可以将电压钳位到一个相对固定的电压值，从而实现对后级电路的保护。

3、性能要素

在使用继电器时，我们需要关注线圈产生多大的磁力才能将衔铁吸合，即需要给线圈施加多大的电压信号。在继电器动作后需要多大电压能够维持衔铁的吸合状态，以及线圈的最大工作电压，如下表：

电压类型	意义
吸合电压	指当给继电器施的线圈加电且逐渐增加电压，当常开触点导通时的电压。建议继电器选型时工作电压要大于吸合电压并且留有余量。
线圈保持电压	当继电器动作后，若降低保持电压会减小产品的抗震性，若产品发生震动时，可能会导致继电器误动作。因此保持电压应该高于继电器70%的额定电压。
线圈最大工作电压	长期加在线圈上的电压，应该小于130%的额定电压。高温条件下使用，会造成线圈温度过高，增加绝缘件的损耗（线圈绝缘层损坏，会出现匝间短路，从而使继电器失效）
反峰电压	由于线圈时感性元件，在回路断开时电感会产生一个感应电动势，阻止电流减小，导致开关两侧的有非常大的反向电压。其中关断速度越快，反向电压越高。此外还需要注重的参数（具体以选型手册为准）：